解析Linux源码之epoll

int init_reactor(int listen_fd,int worker_count){
	......
	// 创建多个epoll fd，以充分利用多核
	for(i=0;i<worker_count;i++){
		reactor->worker_fd = epoll_create(EPOLL_MAX_EVENTS);
	}
	/* epoll add listen_fd and accept */
	// 将accept后的事件加入到对应的epoll fd中
	int client_fd = accept(listen_fd,(struct sockaddr *)&client_addr,&client_len)));
	// 将连接描述符注册到对应的worker里面
	epoll_ctl(reactor->client_fd,EPOLL_CTL_ADD,epifd,&event);
}
// reactor的worker线程
static void* rw_thread_func(void* arg){
	......

	for(;;){
		  // epoll_wait等待事件触发
        int retval = epoll_wait(epfd,events,EPOLL_MAX_EVENTS,500);
        if(retval > 0){
        	for(j=0; j < retval; j++){
        		// 处理读事件
        	   if(event & EPOLLIN){
                 handle_ready_read_connection(conn);
                 continue;
             }
             /* 处理其它事件 */
        	}
        }
	}
	......
}

SYSCALL_DEFINE1(epoll_create, int, size)
{
	if (size <= 0)
		return -EINVAL;

	return sys_epoll_create1(0);
}

SYSCALL_DEFINE1(epoll_create1, int, flags)
{
	// kzalloc(sizeof(*ep), GFP_KERNEL),用的是内核空间
	error = ep_alloc(&ep);
	// 获取尚未被使用的文件描述符，即描述符数组的槽位
	fd = get_unused_fd_flags(O_RDWR | (flags & O_CLOEXEC));
	// 在匿名inode文件系统中分配一个inode,并得到其file结构体
	// 且file->f_op = &eventpoll_fops
	// 且file->private_data = ep;
	file = anon_inode_getfile("[eventpoll]", &eventpoll_fops, ep,
				 O_RDWR | (flags & O_CLOEXEC));
	// 将file填入到对应的文件描述符数组的槽里面
	fd_install(fd,file);			 
	ep->file = file;
	return fd;
}

/*
 * 此结构体存储在file->private_data中
 */
struct eventpoll {
	// 自旋锁，在kernel内部用自旋锁加锁，就可以同时多线(进)程对此结构体进行操作
	// 主要是保护ready_list
	spinlock_t lock;
	// 这个互斥锁是为了保证在eventloop使用对应的文件描述符的时候，文件描述符不会被移除掉
	struct mutex mtx;
	// epoll_wait使用的等待队列，和进程唤醒有关
	wait_queue_head_t wq;
	// file->poll使用的等待队列，和进程唤醒有关
	wait_queue_head_t poll_wait;
	// 就绪的描述符队列
	struct list_head rdllist;
	// 通过红黑树来组织当前epoll关注的文件描述符
	struct rb_root rbr;
	// 在向用户空间传输就绪事件的时候，将同时发生事件的文件描述符链入到这个链表里面
	struct epitem *ovflist;
	// 对应的user
	struct user_struct *user;
	// 对应的文件描述符
	struct file *file;
	// 下面两个是用于环路检测的优化
	int visited;
	struct list_head visited_list_link;
};

SYSCALL_DEFINE4(epoll_ctl, int, epfd, int, op, int, fd,
		struct epoll_event __user *, event)
{
	/* 校验epfd是否是epoll的描述符 */
	// 此处的互斥锁是为了防止并发调用epoll_ctl,即保护内部数据结构
	// 不会被并发的添加修改删除破坏
	mutex_lock_nested(&ep->mtx, 0);
	switch (op) {
		case EPOLL_CTL_ADD:
			...
			// 插入到红黑树中
			error = ep_insert(ep, &epds, tfile, fd);
			...
			break;
		......
	}
	mutex_unlock(&ep->mtx);	
}		

static int ep_insert(struct eventpoll *ep, struct epoll_event *event,
		     struct file *tfile, int fd)
{
	/* 初始化epitem */
	// &epq.pt->qproc = ep_ptable_queue_proc
	init_poll_funcptr(&epq.pt, ep_ptable_queue_proc);
	// 在这里将回调函数注入
	revents = tfile->f_op->poll(tfile, &epq.pt);
	// 如果当前有事件已经就绪，那么一开始就会被加入到ready list
	// 例如可写事件
	// 另外，在tcp内部ack之后调用tcp_check_space,最终调用sock_def_write_space来唤醒对应的epoll_wait下的进程
	if ((revents & event->events) && !ep_is_linked(&epi->rdllink)) {
		list_add_tail(&epi->rdllink, &ep->rdllist);
		// wake_up ep对应在epoll_wait下的进程
		if (waitqueue_active(&ep->wq)){
			wake_up_locked(&ep->wq);
		}
		......
	}	
	// 将epitem插入红黑树
	ep_rbtree_insert(ep, epi);
	......
}

// 将accept后的事件加入到对应的epoll fd中
int client_fd = accept(listen_fd,(struct sockaddr *)&client_addr,&client_len)));
// 将连接描述符注册到对应的worker里面
epoll_ctl(reactor->client_fd,EPOLL_CTL_ADD,epifd,&event);

static void ep_ptable_queue_proc(struct file *file, wait_queue_head_t *whead,
				 poll_table *pt)
{
	// 取出当前client_fd对应的epitem
	struct epitem *epi = ep_item_from_epqueue(pt);
	// &pwq->wait->func=ep_poll_callback，用于回调唤醒
	// 注意，这边不是init_waitqueue_entry,即没有将当前KSE(current,当前进程/线程)写入到
	// wait_queue当中，因为不一定是从当前安装的KSE唤醒，而应该是唤醒epoll\_wait的KSE
	init_waitqueue_func_entry(&pwq->wait, ep_poll_callback);
	// 这边的whead是sk->sk_sleep,将当前的waitqueue链入到socket对应的sleep列表
	add_wait_queue(whead, &pwq->wait);	
}	

SYSCALL_DEFINE4(epoll_wait, int, epfd, struct epoll_event __user *, events,
		int, maxevents, int, timeout)
{
	/* 检查epfd是否是epoll\_create创建的fd */
	// 调用ep_poll
	error = ep_poll(ep, events, maxevents, timeout);
	...
}

static int ep_poll(struct eventpoll *ep, struct epoll_event __user *events,
		   int maxevents, long timeout)
{
	......
retry:
	// 获取spinlock
	spin_lock_irqsave(&ep->lock, flags);
	// 将当前task_struct写入到waitqueue中以便唤醒
	// wq_entry->func = default_wake_function;
	init_waitqueue_entry(&wait, current);
	// WQ_FLAG_EXCLUSIVE，排他性唤醒，配合SO_REUSEPORT从而解决accept惊群问题
	wait.flags |= WQ_FLAG_EXCLUSIVE;
	// 链入到ep的waitqueue中
	__add_wait_queue(&ep->wq, &wait);
	for (;;) {
		// 设置当前进程状态为可打断
		set_current_state(TASK_INTERRUPTIBLE);
		// 检查当前线程是否有信号要处理，有则返回-EINTR
		if (signal_pending(current)) {
			res = -EINTR;
			break;
		}
		spin_unlock_irqrestore(&ep->lock, flags);
		// schedule调度，让出CPU
		jtimeout = schedule_timeout(jtimeout);
		spin_lock_irqsave(&ep->lock, flags);
	}
	// 到这里，表明超时或者有事件触发等动作导致进程重新调度
	__remove_wait_queue(&ep->wq, &wait);
	// 设置进程状态为running
	set_current_state(TASK_RUNNING);
	......
	// 检查是否有可用事件
	eavail = !list_empty(&ep->rdllist) || ep->ovflist != EP_UNACTIVE_PTR;
	......
	// 向用户空间拷贝就绪事件
	ep_send_events(ep, events, maxevents)
}		   

static int ep_scan_ready_list(struct eventpoll *ep,
			      int (*sproc)(struct eventpoll *,
					   struct list_head *, void *),
			      void *priv,
			      int depth)
{
	...
	// 将epfd的rdllist链入到txlist
	list_splice_init(&ep->rdllist, &txlist);
	...
	/* sproc = ep_send_events_proc */
	error = (*sproc)(ep, &txlist, priv);
	...
	// 处理ovflist,即在上面sproc过程中又到来的事件
	...
}

static int ep_send_events_proc(struct eventpoll *ep, struct list_head *head,
			       void *priv)
{
	for (eventcnt = 0, uevent = esed->events;
	     !list_empty(head) && eventcnt < esed->maxevents;) {
	   // 遍历ready list 
		epi = list_first_entry(head, struct epitem, rdllink);
		list_del_init(&epi->rdllink);
		// readylist只是表明当前epi有事件，具体的事件信息还是得调用对应file的poll
		// 这边的poll即是tcp_poll,根据tcp本身的信息设置掩码(mask)等信息 & 上兴趣事件掩码，则可以得知当前事件是否是epoll_wait感兴趣的事件
		revents = epi->ffd.file->f_op->poll(epi->ffd.file, NULL) &
			epi->event.events;
		if(revents){
			/* 将event放入到用户空间 */
			/* 处理ONESHOT逻辑 */
			// 如果不是边缘触发，则将当前的epi重新加回到可用列表中，这样就可以下一次继续触发poll,如果下一次poll的revents不为0，那么用户空间依旧能感知 */
			else if (!(epi->event.events & EPOLLET)){
				list_add_tail(&epi->rdllink, &ep->rdllist);
			}
			/* 如果是边缘触发，那么就不加回可用列表，因此只能等到下一个可用事件触发的时候才会将对应的epi放到可用列表里面*/
			eventcnt++
		}
		/* 如poll出来的revents事件epoll_wait不感兴趣(或者本来就没有事件)，那么也不会加回到可用列表 */
		......
	}
	return eventcnt;
}		

static int ep_poll_callback(wait_queue_t *wait, unsigned mode, int sync, void *key)
{
	// 获取wait对应的epitem	
	struct epitem *epi = ep_item_from_wait(wait);
	// epitem对应的eventpoll结构体
	struct eventpoll *ep = epi->ep;
	// 获取自旋锁，保护ready_list等结构
	spin_lock_irqsave(&ep->lock, flags);
	// 如果当前epi没有被链入ep的ready list,则链入
	// 这样，就把当前的可用事件加入到epoll的可用列表了
	if (!ep_is_linked(&epi->rdllink))
		list_add_tail(&epi->rdllink, &ep->rdllist);
	// 如果有epoll_wait在等待的话，则唤醒这个epoll_wait进程
	// 对应的&ep->wq是在epoll_wait调用的时候通过init_waitqueue_entry(&wait, current)而生成的
	// 其中的current即是对应调用epoll_wait的进程信息task_struct
	if (waitqueue_active(&ep->wq))
		wake_up_locked(&ep->wq);
}

void sk_stream_write_space(struct sock *sk)
{
	// 即有1/3可写空间的时候才触发可写事件
	if (sk_stream_wspace(sk) >= sk_stream_min_wspace(sk) && sock) {
		clear_bit(SOCK_NOSPACE, &sock->flags);

		if (sk->sk_sleep && waitqueue_active(sk->sk_sleep))
			wake_up_interruptible_poll(sk->sk_sleep, POLLOUT |
						POLLWRNORM | POLLWRBAND)
		......
	}
}